光學(xué)核子時(shí)鐘的科研之路
釷-299原子核具有所有已知的核素之間的獨(dú)特屬性:它應(yīng)該有可能激發(fā)紫外線。到目前為止,很少有對(duì)釷-299原子核的低能狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)的研究工作。同事們聚在一起,來(lái)自慕尼黑和美因茲的德國(guó)物理研究院的研究人員已經(jīng)進(jìn)行了首次測(cè)量用光學(xué)方法的一些重要性質(zhì)的原子核狀態(tài),如形狀的電荷分布。 通過(guò)這種方式,可以監(jiān)測(cè)原子核的激光激發(fā),從而使光學(xué)核鐘能夠?qū)崿F(xiàn)比現(xiàn)今的原子鐘更精確的“滴答”?茖W(xué)家已經(jīng)在日前《自然》雜志上報(bào)告了他們的結(jié)果。 上圖所示是德國(guó)物理研究院的科學(xué)家Johannes Thielking激光裝置在對(duì)釷-299原子核性能測(cè)量。圖片來(lái)源:德國(guó)物理研究院 早在15年前,Ekkehard Peik和Christian Tamm就曾在德國(guó)物理研究院開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的原子鐘,其具有獨(dú)特的性能,不是像今天的原子鐘那樣利用電子殼中的兩個(gè)狀態(tài)之間的過(guò)渡頻率作為時(shí)鐘的脈沖發(fā)生器,而是他們?cè)O(shè)想使用原子核中的躍遷頻率進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵雍酥械馁|(zhì)子和中子比原子殼層中的電子被密集地填充了幾個(gè)數(shù)量級(jí),所以它們對(duì)外界干擾的敏感度降低,這些干擾可以改變它們的轉(zhuǎn)換頻率,從而為高精度時(shí)鐘提供了良好的條件。 然而,核躍遷的頻率也遠(yuǎn)高于殼層躍遷的頻率(在X射線范圍內(nèi));因此,它們對(duì)于原子鐘是不可用的,原子鐘迄今僅基于微波或激光。唯一已知的例外,和德國(guó)物理研究院的建議的可用于研究的基礎(chǔ),是釷-299原子核。 |